高压变频调速在焙烧烟气净化系统中的应用

0 引言

引风机是焙烧烟气净化系统中的关键设备，其主要作用是将净化后的烟气送入高50 m的烟囱排出。中铝青海分公司炭素厂一、二焙烧车间烟气净化系统共安装引风机7 台，每台功率为260 kW。多年的生产过程中，由于负荷不稳定，风机起停频繁;多数情况下系统电机处于低负荷运行状态，致使生产成本高，经济效益不好，特别是低负荷状态下，电能浪费严重。为此，公司采用高压变频调速装置，对焙烧烟气净化系统中的引风系统进行了技术改造，更换低压电机为高压电机，取得了良好的节能效果，提高了该系统的装备水平。

1 工艺现状

在焙烧烟气净化风量的调节过程中，要求在不同的负荷条件下，保持风压恒定，为此，需要通过调节风门开度来实现。传统的空气量、空气压力调节由电动执行器调节风门开度，这一方式具有如下缺点：

1)负荷较大时，须将风门开大，以提高单位时间内排气量;负荷较小时，须将风门开小。在这两种情况下，引风机一直保持额定转速运行，在负荷较小时，引风机生产的巨大风量，都被风门遮挡，仅有一小部分进入风道，从而增加了压差损耗，浪费了电能，增加了生产成本。

2)引风机功率大，在工频供电情况下，还需要庞大的降压起动设备，为此主电路安装的接触器容量大，还要增加电抗器等降压启动装置，致使主电路电气设备增多;在频繁起停的情况下，设备故障率增高，检修工人劳动强度增大，备件费居高不下，不仅造成巨大的经济损失，而且严重影响焙烧车间的工作环境。

3)在起、停频繁情况下，产生的起动浪涌电流，将会对电网和风机系统造成一定的冲击，直接影响到电网的供电质量和风机系统的安全运行。

4)风门调节需要电动执行器、伺服放大器、操作器等复杂的操作机构，附属设备多，增加了设备的故障率。

2 高压变频器工作原理及选择

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为电压频率可变的装置。现在使用的变频器主要采用交-直-交的工作方式，工频交流电源通过整流器转换成直流电源，再把直流电源转移成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流器、逆变和控制3个部分组成，如图1 所示。

目前，10 kV 高压变频调速系统技术已经成熟，其基本原理均为“交-直-交”变频方式，通过改变电机定子的电压频率改变电机的转速。IGBT(绝缘栅双极型晶体管)直接串联型变频器采用3 300 V高压IGBT 器件，具有电力电子器件数量少，变频器占地空间小等优点。公司通过充分调研国内外各种10 kV变频调速系统的应用情况，对各种变频调速系统的技术经济性进行论证后，最终选用北京利德华福公司生产的HARSVERT-A10/080 型高压变频调速系统，应用于焙烧烟气净化系统中的引风机组上。该变频调速系统的主要技术参数为：

额定容量1 000 kV·A;

额定输出电流108 A;

额定输出电压1 0 kV;

输出频率范围0.1 ~50 Hz;

输入端功率因数﹥20%，额定负载时﹥0.95;

变频系统效率﹥97%;

过载保护120%1 min，150%3 s，200%

立即保护;

加减速时间0.1~3 000 s可调;

谐波控制输入电流﹤4%，输出电压

4%，输出电流2%;

模拟量输入/输出信号

0~4 V / 4~20 mA任意设定;

外部通讯接口RS485;

冷却方式风冷。

3 应用效果

变频器控制器与功率单元之间采用光纤通讯技术，低压部分和高压部分完全可靠隔离，系统具有极高的安全性，同时具有很好的抗电磁干扰性能。

从2007 年6 月份安装变频器使用，运行至今，取得了以下显著效果：

1)节能效果明显。在变频改造前，由于负压不够，两个系统必须同时运行，每月用电量约66 万kW·h 时;高压变频改造后，焙烧车间在生产相同产能的情况下，只运行一个系统，每月用电量约38 万kW·h 时，综合节电率为42.42%。若电价按0.5元/kW·h计，年生产节电效益约168万元。另外，改造前故障率高，每年消耗备件费用大约在20 万元以上，而现在基本上是免维护，仅此两项年节约188万元以上。

2)由于变频器起动是软起动，因而减少了起动过程对电网和风机的冲击，延长了系统的保养维护周期。由表1变频前后各项数据对比可知，与原来相比变频后在较低转速下运行，风机轴承的磨损程度减小，轴承温度降低，振动减小，这将延长风机轴承、机械密封等易损件的寿命。同时，运行时噪音降低，泄漏减少，生产环境大为改善，大大降低了检修人员的劳动强度。因此，除取得显著直接经济效益外，还具有较好的间接经济效益。

3)优化了生产组织。焙烧一期或二期满负荷生产时，对应的净化期或二期主排风机容量偏小，负压不够，只好两个系统同时生产;高压变频改造后，风机容量增加，负压满足生产要求，焙烧车间在生产产能相同的情况下，只运行一个系统，就能满足生产任务。这样，不但提高了设备利用率和生产工人的劳动效率，而且将检修工人的检修工作量降低一半，生产工人的工作维护量也大为降低。

4 结语

实践证明，对焙烧烟气净化系统中的引风机装置采用高压变频调速技术，是实现净化系统节能的有效技术途径。